抽放瓦斯顺煤层长钻孔施工技术

介绍了抽放瓦斯顺煤层长钻孔试验情况。在试验中使用定向钻进技术施工了3个钻孔,有1个试验孔深度达509.03m,是目前国内最深的全煤层长钻孔,平均纯钻进时效24.4m/h。这些抽放孔的瓦斯涌出量均达到2.0~2.5m3/min。      

对接井钻进工艺研究

根据界村芒硝矿藏的地质条件,对水溶开采埋深80 m、厚3.8 m芒硝矿所要求的对接井钻进工艺进行了试验和研究,在试验中对接钻孔的最大弯曲强度达到6.27°/m,在芒硝矿层中水平保直钻进了70.55 m。      

超深涌水钻孔的钻探工艺及水文地质试验方法研究

C4Z—G-05孔为某铁路高黎贡山隧道工程勘察钻孔,钻孔深度1075．5m。钻探过程中分别在孔深288～400m和611～724m穿过落差大于100m的断裂构造破碎带,并出现涌水及漏水现象,施工难度大,水文地质试验难以进行。据此,采取了合理的施工顺序,并根据钻进时的机械设备及钻进情况及时调控钻进参数;针对不同的地层,选用不同的泥浆类型,从而顺利的完成了该孔钻探工作。在水文地质试验中,对松散层潜水,采取了抽水试验,对两个断裂带,适时的运用观测涌水量和压力水头及涌水试验的方法,并选择适宜的计算公式,较好的完成了该孔的水文地质参数的计算工作．取得了良好的效果。     

我国煤矿水平深孔施工设备及技术取得重大突破

20 0 2年 12月 4日至 19日 ,煤炭科学研究总院西安分院利用自行研制的MK - 7型坑道钻机 ,与铜川矿务局合作 ,在该局陈家山煤矿联合开展科技部专项资金项目“坑道大直径水平深孔钻机及定向钻进钻具”的工业性试验。在平均厚度10m的煤层中完成两个钻孔 ,总进尺 16 6 7 5m ,其中一个钻孔孔深 86 5m ,最高时效达到 2 8m h ,开孔倾角 5°,开孔孔径Φ30 0mm ,终孔孔径Φ15 0mm ,是目前我国煤矿井下最深的近水平定向钻孔 ,也是目前我国煤矿最深的全煤层钻孔。两个试验孔于 2 0 0 2年 12月 19日开始连孔抽放 ,混合流量 70m3/min ,平均混合浓度 2 8%…     

顶板高位定向钻孔在青龙煤矿瓦斯治理中的应用

顶板高位定向钻孔是进行上隅角瓦斯治理的关键技术措施。针对青龙煤矿顶板裂隙瓦斯治理需要及复杂顶板高位定向钻孔成孔难题,阐述了顶板高位定向钻孔的技术原理和技术优势;基于“三带”理论综合确定了高位定向钻孔的层位,并优化钻具组合和钻进工艺参数。在青龙煤矿11615工作面完成5个顶板高位定向钻孔的施工,最大孔深达到612 m,单孔最大瓦斯纯流量达到2.79 m3/min,瓦斯浓度达到23.4%,有效地保证了工作面的安全回采。     

煤矿井下定向钻孔超长套管下放技术

针对煤矿井下定向钻孔超长套管下放成功率低、速度慢的问题,提出开孔段保直钻进、造斜段曲率控制、钻机驱动主动钻杆下放及套管导正等改进技术措施。在阳泉新景矿进行了现场试验,完成了3个满足煤矿井下水力压裂要求的定向钻孔超长套管下放,最大下深达到168 m,套管下放成功率达到100%,下套管平均工效由5.5 m/h最大提高至13.1 m/h,有效地解决了定向钻孔超长套管下放受限的难题。     

DDW-Ⅲ型钻探微机多功能监测系统在我部生产中的应用

1992年，在上级各部门的大力支持与协助下，我们在张家口东坪矿区对中国地质大学研制的DDW-Ⅲ型钻探微机多功能监测系统进行了应用试验。使用该系统先后顺利完成了450m和200m钻孔各1个。试用期内，生产中达到了规定的各项经济技术指标，未发生任何事故，2个钻孔经验收均为一类孔，达到了试用目的。现将我部应用该系统的情况简介如下。     

水压致裂试验过程中诱发的声发射

为了研究水压致裂过程中裂缝的扩展机制,在北京房山花岗岩体中开展了大型水压致裂试验。试验是在一个深 301 m的岩石新鲜完整的FR钻孔中进行的,其周围半径约40 m的范围内布置了4个120 m深的声发射观测孔。在FR孔中深度60 m至140 m的范围内选取了7段没有天然节理的部位进行了水压致裂。在所有的试验中,发现水压致裂形成的裂缝通过天然节理与AE孔连通,只在深度118.5 m进行的试验,观测到由水压致裂产生的AE事件。由声发射的震源机制解得到的P轴和T轴的方向与水压致裂应力测量的方向一致。     

土体抗剪强度参数的钻孔剪切试验方法初探

介绍了一种通过钻孔剪切试验测定土体抗剪强度参数的原位测试新方法,从试验原理、试验设备和试验数据处理分析方法等方面对钻孔剪切试验进行了总结。为验证钻孔剪切试验的工程适用性,采用美国Iowa钻孔剪切试验仪分别对非饱和黄土及饱和黄土的抗剪强度指标进行了实测。试验结果表明,钻孔剪切试验可快速、直接地得到黄土的抗剪强度参数,试验数据的线性相关性较高。针对现有钻孔剪切试验中存在的问题,建议了今后的研究方向。     

煤矿井下水平定向钻进技术研发取得重大突破

2008年4月21日,由煤炭科学研究总院西安研究院承担的国家发改委煤矿瓦斯综合治理与利用关键技术研发和装备研制项目“井下水平长钻孔钻机研制及配套工艺开发”,在淄矿集团陕西彬长亭南煤矿一盘区113工作面1#联络巷的现场工业性试验中成功完成了主孔深度1046m、终孔直径96mm的水平定向瓦斯抽放钻孔,创造了我国煤矿井下瓦斯抽放水平定向钻孔的最高记录,平均钻进效率达到160m／d,在1000m的设计目标位置,钻孔纵向偏差不足1m,横向摆动不超过8m。钻孔施工全部采用国产自主知识产权技术装备,对钻孔轨迹进行全程监测控制,有效保证了钻孔按设计轨迹延伸。     

梧桐庄矿新增大口径3号排水孔施工技术

介绍了梧桐庄矿大口径排水孔钻探成井、固井施工技术。该孔设计孔深646 m,终孔直径520 mm,落点坐标水平位移≯5 m,下入重达90余吨的Φ426 mm套管646 m,水泥固井。由于钻孔直径大,垂直度要求高,施工难度大,预防钻孔超斜、确保顺利安全下入Φ426 mm套管并固井是关键。通过采用小口径先导孔钻进再扩孔成井的施工方法,并采取合理的钻具组合和泥浆,制定有效的防斜技术和下套管措施等,顺利完成了施工任务,施工质量满足设计要求。     

自动化智能化地质岩芯钻探技术装备研发与应用

为解决5000 m地质岩芯钻探基础准则与依据缺失问题，提高钻探装备的自动化、智能化水平，启动了5000 m智能地质钻探技术装备研发工作，通过钻机装备、钻探器具研制，钻探工艺技术研究并经试验示范验证，取得多项创新成果，形成了5000 m地质岩芯钻探技术体系。通过特深孔钻孔口径与管柱规格优化研究、钻杆规格设计、装备性能参数选配，形成了5000 m地质岩芯钻探技术规范体系；基于5000 m特深孔地质岩芯钻机、孔口自动化作业装置等关键设备研制，实现了绳索取芯钻进的孔口作业全流程自动化，形成了轻量化钻机孔口管柱柔顺控制技术；基于复杂地层孔内工况判别、钻进参数优化与轨迹优化控制等技术问题研究，形成了多源信息融合的地面与孔底一体化钻进过程智能控制技术；基于高性能薄壁绳索取芯钻杆和系列小口径高效钻具研制，形成了大深度绳索取芯系列钻杆钻具技术；研发了耐高温环保型冲洗液、生物破胶废浆处理技术、“广谱型”双浆堵漏技术，形成了绿色环保型冲洗液体系与护壁堵漏技术。     

自动化智能化地质岩芯钻探技术装备研发与应用

为解决5000 m地质岩芯钻探基础准则与依据缺失问题，提高钻探装备的自动化、智能化水平，启动了5000 m智能地质钻探技术装备研发工作，通过钻机装备、钻探器具研制，钻探工艺技术研究并经试验示范验证，取得多项创新成果，形成了5000 m地质岩芯钻探技术体系。通过特深孔钻孔口径与管柱规格优化研究、钻杆规格设计、装备性能参数选配，形成了5000 m地质岩芯钻探技术规范体系；基于5000 m特深孔地质岩芯钻机、孔口自动化作业装置等关键设备研制，实现了绳索取芯钻进的孔口作业全流程自动化，形成了轻量化钻机孔口管柱柔顺控制技术；基于复杂地层孔内工况判别、钻进参数优化与轨迹优化控制等技术问题研究，形成了多源信息融合的地面与孔底一体化钻进过程智能控制技术；基于高性能薄壁绳索取芯钻杆和系列小口径高效钻具研制，形成了大深度绳索取芯系列钻杆钻具技术；研发了耐高温环保型冲洗液、生物破胶废浆处理技术、“广谱型”双浆堵漏技术，形成了绿色环保型冲洗液体系与护壁堵漏技术。     

金华山煤矿大口径瓦斯抽排孔施工技术

为了减少煤矿瓦斯的危害以及对其综合利用,国家鼓励并大力支持大口径瓦斯抽排孔项目的建设。陕西铜川金华山煤矿一口大口径瓦斯抽排孔,孔径850 mm,终孔深度401.6 m。从钻进方法、钻具级配、钻进技术参数、冲洗液、圆孔、溜孔、井底护管安装固结、充填循环泥浆、下管、固管、透孔放水等方面详细地介绍了大口径瓦斯抽排孔小径透巷后的特殊施工工艺和相关的技术措施。     

煤矿井下硬岩定向钻进孔底水力加压技术

为解决煤矿井下硬岩深孔滑动定向钻进过程中因钻柱托压效应引起的给进压力大、钻进效率低、钻孔深度受限等问题,提出了采用孔底水力加压方式提高钻头钻压的技术思路。通过借鉴石油钻井领域水力加压器结构并结合煤矿井下近水平孔钻进工况进行了孔底水力加压器结构设计,运用理论计算和数值模拟方法进行了水力参数设计。对样机进行了室内测试,测试结果表明,采用φ12 mm、φ13 mm、φ14 mm活塞水眼在流量200~450 L/min范围内输出轴向压力2~10 kN。在淮南张集矿进行了现场试验,并总结出了一套孔底水力加压和水力辅助加压工艺,试验结果表明,滑动定向钻进方式下钻孔深度由464 m顺利延伸至578 m,深孔钻进时最大钻效由之前托压孔段的1 m/h以下提高至3 m/h以上,试验进尺内平均给进表压较托压孔段降低了23.8%、平均钻效提高了137%。      

CO2相变致裂本煤层增透技术研究

研究液态CO₂相变特征和煤体对气相CO₂和CH₄的吸附规律,在不同煤质、温度和平衡压力条件下,实验得出在无烟煤和焦煤的煤体中CO₂竞相吸附的能力是CH₄的1.8~2.4倍。研究发现,液态CO₂在0.2 s内完成相变过程,体积瞬间膨胀至794倍。通过理论研究建立了采用不耦合致裂条件下的爆破孔初始冲击压力峰值、裂隙圈有效半径和爆破致裂钻孔孔径3个主要爆破参数变量的数学模型。采用液态CO₂瞬间相变出口压力为200MPa的致裂器,进行致裂爆破本煤层增透现场实验研究,研究得出距离致裂爆破孔2m和3m的控制孔在爆破后单孔瓦斯抽采纯量提高至6倍和4倍,单孔瓦斯抽采浓度提高至5倍和4倍,单孔瓦斯抽采浓度保持在35%~55%,而距离致裂爆破孔4m的控制孔在爆破5d后瓦斯抽采效果衰减至爆破前的水平。现场试验得出初始冲击压力峰值200MPa和钻孔孔径0.094m时,本煤层致裂爆破裂隙圈有效半径为3m。     

郑州市地面沉降监测基岩标施工技术

根据区域地质条件,郑州市地面沉降监测网基岩标建标场地选择在淮河西路与西三环交叉口东南600 m的河南省地质环境监测院内,建标深度为732 m。地质鉴别孔孔深780 m,孔径108 mm,全孔取心钻进,施工的重点是保证岩心采取率,采用泥浆护壁回转钻进,根据钻进层位的岩性不同配置不同特性的泥浆;基岩标标孔孔深780 m,孔径311 mm,施工的控制目标是孔身质量和垂直度。采用三牙轮钻头宝塔式钻具组合不取心钻进施工工艺。取得了较好的施工质量,创造了良好的效益。     

聚龙小镇DZK1地热勘查孔钻探施工技术

地热勘查孔（探采结合孔）是在矿山钻探施工工艺的基础上进行的探索性施工。着重介绍了福建省泉州市聚龙小镇DZK1地热勘查孔在钻探施工过程中遇到的施工难题以及新技术、新工艺的应用。如大口径单管取心、空压机洗井和活塞洗井相结合的洗井方法、套管的隔级使用、深孔测试钻杆密闭性、深孔磨钻头、在涌水量大的地层钻进等。     

φ71 mm同径开口式导斜楔偏斜（绕障）施工技术

针对采用绳索取心金刚石钻进工艺施工中深孔和深孔时会经常遇到处理难度很大的复杂孔内事故和补采岩矿心（煤心）的情况,经反复实践、完善、总结出了钻孔同径偏斜（绕障）施工技术。重点介绍了同径开口式导斜楔的加工制作、下井前校验、孔底架桥、投送方法、钻具组合、钻进注意事项及修孔操作要点。采用该项技术可以减少钻孔报废钻尺、节约施工成本和缩短施工工期。